Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Oktober 2011 sampai April 2012 dan tempat pelaksanaan sebagai berikut:
1. Studi Lapangan di Kabupaten Gowa (Desa Lonjo’boko, Kecamatan
Parangloe) dan Kabupaten Takalar (Desa Ko’mara, Kecamatan
Polongbangkeng Utara), Sulawesi Selatan.
2. Laboratorium Pindah Panas dan Massa dan Laboratorium Teknologi Pengolahan Pangan Hasil Pertanian (TPPHP), Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB Bogor.
3. Pusat Studi Biofarmaka, Kampus IPB Taman Kencana.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan adalah tanaman secang (Caesalpinia sappan L.) yang tumbuh liar dan diperoleh dari Kabupaten Gowa (Desa Lonjo’boko) dan
Kabupaten Takalar (Desa Ko’mara), Sulawesi Selatan. Sedangkan, bahan pendukung yang digunakan untuk analisa kimia adalah ethanol, larutan kloroform, aquades, alkohol, asam asetat glasial, asam borat, asam oksalat, dan lain-lain.
Alat utama yang digunakan adalah software program Design Expert 8.0®,
mesin pengering berakuisisi, oven drying, parang, dan HPLC. Sedangkan alat
pendukung yang digunakan adalah sebagai berikut : 1) timbangan digital, 2) desikator, 3) cawan aluminium, 4) seperangkat komputer, 5) refrigerator, 6) desikator, 7) pH meter, 8) cawan porselen, 9) labu ukur, 10) erlenmeyer, 11)
alat destilasi, 12) pipet, 13) spatula, 14) gelas piala, 15) tanur listrik, 16) wadah, 17) kertas saring, dan lain-lain.
Prinsip Kerja Mesin Pengering Berakuisisi
Fungsi utama mesin pengering beraukuisisi adalah untuk mengkondisikan ruangan (chamber) agar berada dalam suhu dan kelembaban yang diinginkan. Prinsip kerja mesin pengering berakuisisi didasarkan pada udara panas yang dihembuskan ke bahan seperti dapat dilihat pada Gambar 6. Udara panas yang masuk ke dalam ruang memiliki suhu dan kelembaban relatif (RH) tertentu yang
dapat dikontrol sesuai kebutuhan. Udara panas berasal dari elemen listrik yang berada pada ruang heating unit dan berkapasitas 2000 W. Sedangkan untuk kontrol RH digunakan humidifier yang berupa pembangkit steam dengan cara memanaskan air dalam ruang humidifier. Pemanasan air ini menggunakan heater
listrik dengan kapasitas 2000 W. Udara panas yang basah dari ruang air heater
akan didorong oleh blower ke dalam ruang terkondisi. Kecepatan udara yang masuk dalam ruang terkondisi dapat diatur dengan menarik atau memundurkan tuas pada bagian flow controller.
Gambar 6 Diagram alir mesin pengering berakuisisi
Untuk mencapai dan menjaga kondisi ruangan agar sesuai dengan setpoint, diimplementasikan dua buah subsistem kontrol yang independent yaitu kontrol suhu dan kontrol RH.
Kontrol suhu menggunakan algoritma PID ( proportional-integral-derivative) yang dalam mengambil keputusan aksi kontrol mempertimbangkan:
1. P : selisih antara kondisi aktual dan setpoint (error) 2. I : jumlah dari selisih antara kondisi aktual dan setpoint
3. D : kecepatan perubahan kondisi
Subsistem pengontrol suhu akan mengeluarkan perintah on/off untuk
heater sesuai perhitungan berdasarkan algoritma PID tersebut. Kontrol RH mengunakan algortima PD (proportional-derivative). Subsistem pengontrol RH
Microprosessor Controller Humidifier Electrical Fan Heating Unit Airflow Regulator PC Drying Chamber Scale
akan mengeluarkan perintah ke steamer untuk on/off sesuai dengan hasil formula PD tersebut. Penimbangan massa bahan dilakukan secara otomatis oleh mesin. Selang waktu penimbangan dapat diatur sesuai kebutuhan. Pada saat penimbangan, blower akan mati sehingga tidak ada udara yang masuk ke ruang pengering. Data hasil penimbangan akan langsung terekam (terakuisisi).
Cara Pengoperasian Mesin Pengering Berakuisisi
1. Nyalakan saklar
2. Masukkan wadah dan zero-kan timbangan
3. Atur suhu, RH, dan selang waktu penimbangan yang diinginkan 4. Nyalakan blower dengan memilih menu CTRH = 1
5. Masukkan wadah dan bahan saat suhu dan RH sesuai dengan pengaturan 6. Mulai pengukuran dengan memilih menu: START
7. Hentikan pengukuran ketika massa bahan sesuai dengan Berat Kering Tanur (BKT) estimasi dengan memilih menu: STOP PERCOBAAN
8. Matikan blower dengan memilih menu: CTRH = 0 9. Matikan saklar
Metode Penelitian
Penelitian ini secara garis besar dibagi menjadi tiga tahap yaitu:
Penelitian Tahap I
Penelitian tahap I ini dilakukan untuk mengetahui kandungan brazilin optimum yang terdapat pada sampel kayu secang dengan 3 jenis potongan berbeda. Sampel diambil dari dataran tinggi (Desa Lonjo’boko, Kabupaten Gowa)
dan dataran rendah (Desa Ko’mara, Kabupaten Takalar). Diagram alir penelitian
tahap I dapat dilihat pada Gambar 8.
Pemanenan Kayu Secang
Pemanenan kayu secang menggunakan parang yang bebas dari korosi, dengan menebang batang kayu secang yang berukuran cukup besar (diasumsikan oleh masyarakat, memiliki bagian inti kayu berwarna merah yang lebih optimal). Pemanenan dilakukan oleh empat orang: 1 orang sebagai penebang, 3 orang sebagai pengumpul.
Penanganan Pasca Panen Kayu Secang
Langkah selanjutnya adalah menghilangkan duri, kulit luar dan lapisan
cambium (bagian kayu yang berwarna keputih-putihan) sehingga diperoleh bagian kayu secang yang berwarna merah (inti kayu) seperti yang terlihat pada Gambar 7. Dilakukan sortasi basah pada kayu teras yang diperoleh, kemudian dicuci, ditiriskan. Kemudian dirajang menjadi beberapa bentuk yaitu: (1) stick dengan panjang ± 5 cm, (2) gelondongan kayu teras secang, dan (3) serutan. Jika belum digunakan, kayu secang kemudian disimpan di dalam kemasan plastik berlubang pada suhu ruang.
Gambar 7 Bagian inti kayu secang sebagai bahan baku simplisia
Analisis Kadar Brazilin
Penelitian tahap I dilakukan untuk mengetahui kadar brazilin optimum dari setiap perlakuan penanganan pasca panen (perajangan) yang diberikan pada
kayu secang. Bentuk potongan dengan kadar brazilin optimum digunakan pada tahap penelitian selanjutnya yaitu optimasi proses pengeringan dengan
Design Expert 8.0®.
Gambar 8 Rancangan diagram alir penelitian tahap I (Analisis kandungan brazilin)
Tanaman Secang (Caesalpinia sappan L.)
Pemanenan Kayu Secang Dataran Tinggi (Kabupaten Gowa)
Pemanenan Kayu Secang Dataran Rendah (Kabupaten Takalar)
Mulai
Sampel Kayu Secang
Hilangkan duri, kulit luar, dan kambium
Bagian Teras Kayu Secang
Uji Kadar Brazilin
Stick (± 5cm)
Gelondongan
Serutan
Bahan Baku Simplisia Kayu Secang
Sortasi Basah
Pencucian dan Penirisan
Perajangan
Simpan dalam kemasan plastik pada suhu ruang
hingga digunakan
Rancangan Percobaan
Penelitian tahap satu menggunakan Rancangan Acak Dua Faktor dengan 3 kali ulangan untuk melihat pengaruh faktor jenis dataran dan potongan terhadap kadar brazilin. Diolah menggunakan ANOVA dan Uji Duncan dengan bantuan program program SPSS V.17. Model linearnya adalah:
� = �+ + + �
Dimana,
� = Respon setiap kelompok yang diamati
� = Rataan umum
= Pengaruh jenis dataran = Pengaruh jenis potongan
� = Pengaruh galat percobaan
Penelitian Tahap II
Penelitian tahap II ini menggunakan hasil dari penelitian tahap I yaitu bentuk perajangan dengan kadar brazilin optimum sebagai running
dalam pelaksanaan optimasi proses pengeringan dengan piranti lunak
Design Expert 8.0®. Diagram alir penelitian tahap II dapat dilihat pada Gambar 9. Tahapan dalam penelitian ini yaitu:
Pembuatan Rancangan Proses dan Respon dengan Program
Design Expert 8.0®
Setelah didapatkan bahan baku simplisia kayu secang yang memiliki kadar brazilin optimum, penelitian dilanjutkan dengan tahapan pembuatan rancangan proses dan respon dengan menggunakan piranti lunak Design Expert 8.0®. Tahap ini diawali dengan penetapan perlakuan-perlakuan pengeringan yang digunakan
sebagai variabel berubah yang akan dimasukkan ke dalam pengaturan rancangan proses karena nilainya yang berubah pada setiap rancangan perlakuan proses
pengeringan. Variabel berubah adalah perlakuan-perlakuan pengeringan terhadap respon yang dihasilkan pada masing-masing rancangan perlakuan proses
pengeringan kayu secang menjadi simplisia kayu secang (Sappan Lignum). Oleh karena itu, nilai variabel berubah akan berbeda-beda pada setiap rancangan
Penentuan variabel berubah kemudian diikuti dengan penentuan kisaran minimum dan maksimum dari perlakuan pengeringan yaitu suhu pengeringan
(40-600C), kecepatan aliran udara (0,78-0,95m/s), dan kelembaban relatif (30-60%). Batas-batas ini akan menjadi input dalam pengaturan rancangan proses oleh program Design Expert 8.0® untuk mencari rancangan proses dari setiap perlakuan pengeringan sehingga dihasilkan output berupa rancangan perlakuan pengeringan.
Perlakuan Pengeringan
Perlakuan pengeringan dalam pembuatan simplisia kayu secang meliputi suhu pengeringan, kecepatan aliran udara, dan kelembaban relatif. Proses pengeringan dilakukan sampai mencapai kadar air yang diharapkan yaitu 8-10%. Kemudian seluruh rancangan perlakuan proses pengeringan yang dibuat, diukur responnya dengan melakukan analisis kimia dan fisik yang telah ditentukan.
Total rancangan perlakuan proses pengeringan yang dihasilkan oleh program Design Expert 8.0® yang akan diukur variabel responnya yaitu sebanyak lima belas perlakuan (Tabel 4).
Tabel 4 Rancangan perlakuan proses pengeringan dari program Design Expert 8.0® Rancangan Faktor 1 (A : Suhu) oC Faktor 2 (B : KecepatanAliranUdara) m/s Faktor 3 (C : RH) % 1 50 0,86 45 2 50 0,86 45 3 50 0,86 45 4 40 0,86 30 5 40 0,86 60 6 40 0,78 45 7 40 0,95 45 8 50 0,95 60 9 50 0,78 60 10 50 0,78 30 11 50 0,95 30 12 60 0,86 30 13 60 0,86 60 14 60 0,95 45 15 60 0,78 45
Analisis Kimia dan Fisik
Seluruh rancangan perlakuan proses pengeringan yang telah dibuat kemudian diukur responnya dengan melakukan analisis kimia dan fisik, yang terdiri dari: (1) kadar brazilin, (2) susut pengeringan, (3) warna (L dan oHue), dan (4) lama pengeringan. Hasil pengukuran dan perhitungan dari keseluruhan respon kemudian akan dimasukkan ke dalam program Design Expert 8.0® untuk selanjutnya dianalisis.
Analisis Respon
Setelah dilakukan pengukuran respon dari setiap rancangan perlakuan proses pengeringan, dilakukan input data hasil pengukuran tersebut dalam program Design Expert 8.0®. Hasil input data dari masing-masing respon dari seluruh rancangan selanjutnya akan dianalisis oleh program Design Expert 8.0®. Pada tahapan analisis respon ini, program Design Expert 8.0® memberikan model polinomial yang sesuai dengan hasil pengukuran setiap respon. Respon yang
dianalisis antara lain nilai kadar brazilin, susut pengeringan, uji warna (L dan oHue), dan lama pengeringan.
Program Design Expert 8.0® memberikan empat pilihan model polinomial untuk setiap respon, yaitu mean, linear, quadratic, dan cubic. Terdapat tiga tahap untuk mendapatkan persamaan polinomial, yaitu berdasarkan sequential model sum of squares [Tipe I], lack of fit test, dan model summary statistics. Kemudian
partial sum of squares [Tipe III] akan memilih ordo tertinggi persamaan polinomial dari suatu variabel respon yang dianalisis ragamnya masih memberikan hasil yang berbeda nyata. Lack of fit test akan memilih ordo persamaan polinomial tertinggi yang memberikan hasil tidak berbeda nyata dilihat dari segi penyimpangan responnya. Model summary statistic akan memilih ordo persamaan polinomial yang memberikan nilai “Adjusted R-squared” dan “Prediction R-squared” maksimum.
Berdasarkan tahap tersebut, piranti lunak Design Expert 8.0® menentukan ordo persamaan polinomial tertinggi untuk setiap variabel responnya. Suatu variabel respon dapat dikatakan berbeda nyata atau signifikan pada taraf signifikansi 5% apabila nilai p “prob>f” hasil analisis ragam lebih kecil dari 0,05. Variabel respon yang hasil analisis ragamnya berbeda nyata dapat digunakan
sebagai model prediksi karena variabel uji memberikan pengaruh yang signifikan terhadap respon rancangan perlakuan proses pengeringan tersebut.
Selanjutnya, model yang dianggap paling sesuai tersebut akan ditampilkan di dalam sebuah contour plot berupa grafik dua dimensi (2-D) atau tiga dimensi (3-D). Selain itu, program Design Expert 8.0® juga memberikan grafik plot kenormalan residual (normal plot residual) yang mengindikasikan apakah residual (selisih atau perbedaan antara respon aktual dengan yang diprediksikan untuk setiap respon) mengikuti garis kenormalan (garis lurus).
Optimasi Proses
Hasil analisis dari setiap respon kemudian digunakan untuk melakukan optimasi proses dengan program Design Expert 8.0®. Proses optimasi dilakukan untuk mendapat suatu rancangan perlakuan proses pengeringan yang menghasilkan respon optimal sesuai target optimasi yang diinginkan. Nilai target optimasi yang dapat dicapai dikenal dengan istilah nilai desirability yang ditunjukkan dengan nilai 0-1. Semakin tinggi nilai desirability menunjukkan semakin tingginya kesesuaian rancangan perlakuan proses pengeringan yang didapatkan untuk mencapai rancangan optimal dengan variabel respon yang dikehendaki.
Dalam menentukan target optimasi dilakukan pembobotan kepentingan untuk tujuan yang diinginkan. Pembobotan ini dinamakan importance yang dapat dipilih mulai dari 1 (+) hingga 5 (+++++) tergantung kepentingan variabel respon yang bersangkutan. Semakin banyak tanda positif yang diberikan menunjukkan tingkat kepentingan variabel respon yang semakin tinggi. Berdasarkan target optimasi yang telah ditentukan, program Design Expert 8.0® akan memberikan solusi rancangan perlakuan proses pengeringan optimum.
Gambar 9 Rancangan diagram alir penelitian tahap II (Optimasi proses pengeringan dengan Design Expert 8.0®)
Pengeringan
Pembuatan Rancangan Proses dan Penentuan Respon Mulai Sortasi Kering Suhu pengeringan (40-600C) Kecepatan Aliran Udara (0,78-0,95 m/s) Kelembaban Relatif (RH) (30-60 %) 15 Perlakuan Proses Pengeringan Selesai Tidak Solusi Proses Optimum Ya Analisis Respon Optimasi Proses Model Signifikan
Lack of fit = tidak
signifikan
Adj&Pred R-Squ = positif
Adeq Precision > 4
Susut Pengeringan
Uji
Kadar Brazilin Uji Warna
Lama Pengeringan
Penelitian Tahap III
Pembuatan Produk Secang Celup
Produk secang celup dibuat dari simplisia kayu secang (Sappan Lignum). Sebagai pembanding dibuat juga produk secang celup dari kayu segar hasil pemanenan. Pada penelitian ini, tidak digunakan bahan tambahan seperti pada produk-produk secang celup yang ada di pasaran. Hal ini dilakukan karena mengadopsi kearifan lokal masyarakat Sulawesi Selatan yang mengkonsumsi secang murni tanpa bahan tambahan lainnya.
Tahap awal yaitu bahan baku dipotong-potong dan dihaluskan dengan
cutting mill hingga menjadi serbuk. Sampel ditimbang seberat 2 gram untuk kemudian dikemas dengan tea bag. Diagram alir penelitian tahap III dapat dilihat pada Gambar 10.
Uji Kesukaan (Hedonic test)
Produk secang celup yang dihasilkan kemudian dimasukkan pada tahapan uji organoleptik dengan metode uji kesukaan (hedonic test) terhadap 30 panelis tidak terlatih. Para panelis tersebut diberikan formulir pengujian (Lampiran 16), kemudian diminta tanggapan pribadinya tentang kesukaan atau sebaliknya (ketidaksukaan). Di samping panelis mengemukakan tanggapan senang, suka atau kebalikannya, mereka juga mengemukakan tingkat kesukaannya dalam skala hedonik. Skor penerimaan relatif juga dapat menunjukkan kesukaan, contoh dengan skor tertinggi berarti yang lebih disukai. Hasil yang paling baik diperoleh dari skala yang seimbang, yaitu yang jumlahnya ganjil (Setyaningsih et al. 2010).
Skala uji kesukaan yang digunakan untuk produk secang celup adalah sebagai berikut:
1 = Sangat tidak suka 2 = Tidak suka 3 = Agak tidak suka 4 = Biasa saja 5 = Agak suka 6 = Suka 7 = Sangat suka
Rancangan Percobaan
Penelitian tahap tiga menggunakan Rancangan Blok Acak Lengkap. Diolah menggunakan ANOVA dan Uji Duncan dengan bantuan program komputer SPSS V.17.
Gambar 10 Rancangan diagram alir penelitian tahap III (Uji penerimaan terhadap produk secang celup)
Uji Organoleptik (Hedonic test)
Serbuk Dipotong-potong lalu dihaluskan dengan Cutting mill
Ditimbang ± 2 gram
Dikemas dalam tea bag
Pengepresan dengan Alat Pengemas Teh Celup
Secang Celup
Selesai
Bahan Baku Simplisia kayu secang
(Hasil Tahap II) Bahan Baku
Kayu secang segar (Hasil Tahap I)
Metode Analisis
1. Penetapan Kadar Air dan Berat Kering Tanur
Sampel yang sudah ditimbang berat basahnya (Bb), dipotong dengan ukuran panjang 2 cm dan lebar 2 cm (British Standard, 1957). Kemudian sampel dikeringkan menggunakan oven dengan suhu 103 ± 2oC selama 72 jam. Setelah dioven, sampel didinginkan dalam desikator kemudian ditimbang hingga mencapai berat konstan. Pengukuran dilakukan sebanyak 2 kali ulangan pada setiap perlakuan proses pengeringan. Rincian metode kering tanur ini diterangkan di dalam ASTM (American Society for Testing and Materials) D2016. Untuk kadar air dan berat kering tanur (Bkt) dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Ka (% bk) = � −���
��� � 100%
Bkt = � ℎ
1+(% � /100) 2. Penetapan Kadar Brazilin (Batubara et al. 2010)
Sebanyak 10 gram sampel dalam bentuk serbuk diekstrak dengan 50% ethanol (100 ml) selama 12 jam pada suhu ruang. Proses ini diulang sebanyak 3 kali. Ekstrak yang diperoleh kemudian disaring menggunakan kertas saring
Whatman No.2 lalu dipekatkan dengan rotary evaporator pada suhu 30oC. HPLC yang digunakan adalah seri LC-20A (Shimadzu, Jepang) yang dilengkapi dengan detektor PDA. Sebuah kolom Shim-pack VP-BPO (150 mm x 4,6 mm) (Shimadzu, Jepang) juga digunakan. Brazilin ditimbang secara akurat dan dilarutkan dalam methanol untuk mendapatkan sebuah seri konsentrasi larutan standar. Untuk sampel, sekitar 30 mg ekstrak ethanolik ditimbang dan dilarutkan dalam methanol. Semua larutan standar dan sampel disaring melalui filter membran 0,45 μm sebelum analisis HPLC. Elusi ini dilakukan menggunakan sistem gradient dengan suhu yang dipertahankan pada 30oC, laju aliran 1 ml/menit dan dipantau pada panjang gelombang 280 nm. Fase gerak elusi gradient dilakukan selama 45 menit dengan konsentrasi 5-50% methanol dalam larutan asam trifluoroasetat 0,05%. Brazilin dihitung menggunakan kurva kalibrasi standar eksternal dengan memplot daerah puncak terhadap perbedaan konsentrasi brazilin (kisaran 25-125 μg/mL).
3. Penetapan Susut Pengeringan (Materia Medika Indonesia, 1995)
Susut pengeringan adalah kadar bagian yang menguap suatu zat. Kecuali dinyatakan lain, suhu penetapannya adalah 105oC dan susut pengeringan ditetapkan sebagai berikut: timbang seksama 1-2 gram zat dalam bobot timbang dangkal tertutup yang sebelumnya telah dipanaskan pada suhu penetapan selama 30 menit dan telah ditera. Jika zat berupa hablur besar, sebelum ditimbang digerus dengan cepat hingga ukuran butrian lebih kurang 2 mm. Ratakan zat dalam botol timbang dengan menggoyangkan botol, hingga merupakan lapisan setebal lebih kurang 5-10 mm, masukkan ke dalam ruang pengering, buka tutupnya, keringkan
pada suhu penetapan hingga bobot tetap. Sebelum setiap pengeringan, biarkan botol dalam keadaan tertutup mendingin dalam eksikator hingga suhu kamar. Jika suhu lebur zat lebih rendah dari suhu penetapan, pengeringan dilakukan pada suhu antara 5-10oC di bawah suhu leburnya selama 1-2 jam, kemudian pada suhu penetapan selama waktu yang ditentukan atau hingga bobot tetap. Pengukuran dilakukan sebanyak 2 kali ulangan pada setiap rancangan perlakuan proses pengeringan. Susut pengeringan sampel ditentukan dengan rumus sebagai berikut:
Susut pengeringan (%) = ( – )
� 100%
4. Pengukuran Warna (Hutching, 1999)
Pengukuran warna dilakukan dengan menggunakan chromameter
(Minolta tipe CR-310). Salah satu potongan stick kayu secang diambil sebagai sampel untuk pengukuran dari tumpukan, kemudian diukur nilai L, a dan b dari sampel. Pengukuran dilakukan sebanyak 2 kali ulangan pada setiap perlakuan. Hasil pengukuran dikonversi ke dalam sistem Hunter. Selanjutnya dari nilai a dan b dapat dihitung oHue yang menunjukkan kisaran warna sampel. Nilai oHue dapat dihitung dengan persamaan:
o